Honeywell Mini DCS HC900 trong ứng dụng điều khoeenr lò hơi doc

Honeywell Mini DCS
HC900 trong ứng dụng
điều khoeenr lò hơi

Đặt vấn đề:
Cho đến những năm gần đây, chỉ các lò hơi lớn nhất mới có
thể thấy được tính phức tạp của hệ thống điều khiển cho nó.
Ngày nay, vì giá thành nguyên liệu cao nên việc cải thiện
hiệu suất lò hơi cũng như giảm thiểu chi phí do thất thoát hơi
và các rối loạn hệ thống không mong muốn.
Mặt khác, các qui định của Chính phủ về vấn đề ô nhiễm môi
trường và các tiêu chuẩn an toàn bắt buộc tuân theo. Do đó,
vấn đề điều khiển quá trình đốt cũng càng trở nên quan trọng,
vì tải của lò hơi được điều chỉnh theo nhu cầu chứ không
phải lúc nào cũng hoạt động hết công suất gây lãng phí nhiên
liệu và hơi.
Giải Pháp
Các thiết bị điều khiển tiên tiến như bộ điều khiển lai HC900
có thể giải quyết các vấn đề về vận hành của lò hơi một cách
hiệu quả.
Điều khiển mức nước bao hơi
Bao hơi là một phần của lò hơi. Chức năng chính của bồn
chứa này là cung cấp một diện tích bề mặt và vùng không
gian ở gần trên cùng của lò hơi, nơi mà quá trình phân tách
của nước và hơi có thể diển ra. Nó cũng là nơi xử lý nước
bằng hóa chất, bổ sung nước cấp, nước hồi về và xả cặn đáy
bao hơi.
Việc xả cặn để loại bỏ cặn và duy trì mức độ tạp chất cho
phép nhằm giảm quá trình hình thành cáu cặn trong lò hơi.

Bởi vì, chức năng này bao gồm quá trình bổ sung và mất đi
liên tục của vật liệu, và mức nước bao hơi là yếu tố quyết
định. Mức nước thấp ảnh hưởng đến sự lưu thông của nước
trong các đường ống bên trong lò hơi và làm giảm hiệu quả
xử lý nước. Mức nước cao làm giảm diện tích bề mặt sinh hơi
và có thể dẫn đến nước và chất rắn hòa tan đi vào trong
đường ống phân phối hơi. Hệ thống điều khiển mức nước bao
hơi nhằm duy trì bề mặt hơi nước ở vị trí xác định và tạo sự
nên cân bằng động giữa nước và hơi bằng cách thay thế mỗi
khối lượng hơi bằng một khối lượng nước cấp.
Các dạng điều khiển mức nước bao hơi
Có 3 dạng hệ thống điều khiển mức nước bao hơi: hệ thống
một phần tử, hệ thống hai phần tử và hệ thống ba phần tử.
Việc chọn hệ thống nào phụ thuộc vào kích thước của lò hơi
và mức độ thay đổi của tải.
Hệ thống một phần tử là phương pháp đơn giản nhất, bằng
cách đo mức nước bao hơi để điều chỉnh lưu lượng nước cấp
duy trì mức nước trong bao hơi. Phương pháp này chỉ có hiệu
quả đối với các lò hơi cỡ nhỏ, quá trình cung cấp ổn định với
tải thay đổi chậm và vừa phải.
Hệ thống hai phần tử sử dụng hai biến, mức nước bao hơi
và lưu lượng hơi để điều khiển lưu lượng nước cấp. Mọi thay
đổi của tải lưu lượng hơi được đưa đến van nước cấp nhằm
cung cấp một lượng chính xác ngay khi tải thay đổi. Tầm lưu
lượng hơi và tầm lưu lượng nước cấp tương quan với nhau
theo một khối lượng thay đổi trong lưu lượng hơi bằng một
khối lượng thay đổi trong lưu lượng nước cấp. Hệ thống này
thích hợp cho tải thay đổi với tốc độ vừa và nhanh và có thể
áp dụng cho bất kỳ kích thước nào của lò hơi. Nó có hai mặt
hạn chế: Không thể hiệu chỉnh áp lực hay các nhiễu tải trong

hệ thống nước cấp và không thể hiệu chỉnh các tương tác
trong hệ thống, bởi vì chỉ có các đáp ứng tương đối chậm so
với mức nước bao hơi được điều khiển.
Hệ thống ba phần tử thêm vào biến thứ ba là tốc độ thay đổi
lưu lượng nước cấp để kiểm soát van điều khiển nước cấp.
Hệ thống này kiểm soát chặt chẽ trong suốt điều kiện thoáng
qua của hệ thống. Bởi vì dùng hai bộ điều khiển nên giảm
thiểu các pha tương tác tồn tại trong phương pháp hai phần
tử. Việc điều khiển nước cấp đảm bảo điều chỉnh chính xác
ngay lập tức khi có rối loạn trong hệ thống nước cấp. Điều
khiển mức nước bao hơi cùng được giảm bớt. Hệ thống này
có thể xử lý thay đổi tải tầm rộng và nhanh, có nhiễu nước
cấp bất kể công suất lò hơi.
Phương pháp này cũng cần cho hệ thống đa lò hơi có chung
nguồn nước cấp. Nó lý tưởng đối với các nhà máy có cả quá
trình theo mẻ và liên tục nơi mà nhu cầu thay đổi hơi đột
ngột và không mong đợi nói chung.

Hình 1 hiển thị giải pháp điều khiển mức nước bao hơi
được thực hiện bằng phần mềm cấu hình Hybrid Control
Designer cho bộ điều khiển HC900.
Điều khiển tỉ lệ nhiên liệu và gió: Hệ thống đo lường điều
khiển nhiên liệu và gió rất cần thiết cho quá trình đốt hiệu
quả trong lò hơi, lò nung và trong các quá trình gia nhiệt đốt
nhiên liệu khác. Có ba dạng hệ thống điều khiển tỉ lệ nhiên
liệu gió cơ bản: hệ thống đo lường nối tiếp, hệ thống đo
lường song song, và hệ thống giới hạn chéo.
Hệ thống đo lường nối tiếp được sử dụng khá phổ biến ở nơi
mà sự thay đổi của tải không lớn và thường xuyên. Cả nhiên
liệu và gió được đo lường. Bộ điều khiển áp suất hơi nước sẽ

qui định lưu lượng nhiên liệu cần được đo lường, tuyến tính
hóa rồi làm điểm đặt từ xa cho bộ điều khiển lưu lượng gió -
điều khiển vị trí của van điều tiết gió - nhằm duy trì một tỉ lệ
xác định giữa nhiên liệu và gió. Hệ thống này thích hợp trong
điều kiện trạng thái gần như ổn định. Tuy nhiên, độ trễ trong
đáp ứng với sự thay đổi tải là nguyên nhân của việc tạo ra
khói do quá trình đốt không hoàn toàn, thừa nhiên liệu.
Hệ thống đo lường song song vận hành song song các bộ
điều khiển nhiên liệu và gió với điểm đặt được tạo ra bởi bộ
điều khiển áp suất hơi. Tín hiệu điểm đặt nhiên liệu được
nhân với một tỉ lệ trước khi làm điểm đặt cho bộ điều khiển
gió, nhằm tỉ lệ nhiên liệu và gió thích hợp. Hệ thống này dựa
trên các đáp ứng tương tự nhau của các bộ điều khiển để điều
chỉnh tránh việc trộn nhiên liệu không phù hợp. Hệ thống này
áp dụng tốt nhất đối với các quá trình xử lý mà sự thay đổi
của tải tương đối chậm.
Hệ thống giới hạn chéo thường được sử dụng khi yêu cầu
thay đổi tải lớn và thường xuyên. Đây là hệ thống động giúp
bù độ chênh lệch tốc độ đáp ứng của van điều khiển lưu
lượng nhiên liệu và van điều tiết gió. Nó chống tình huống
thừa nhiên liệu, giảm thiểu khói và không khí ô nhiểm thải ra
từ ống khối. Hệ thống được biết đến như là hệ thống tiên-trễ
(lead-lag system). Khi nhu cầu tăng, khối hàm lựa chọn tín
hiệu thấp, đẩy tín hiệu lưu lượng khí làm giá trị đặt cho bộ
điều khiển lưu lượng nhiên liệu.
Một bộ chọn tín hiệu cao sẽ lấy sự gia tăng làm điểm đặt cho
bộ điều khiển gió. Điều này có nghĩa là lưu lượng nhiên liệu
không thể tăng cho đến khi lưu lượng gió đã bắt đầu tăng.
Gió tăng dần đến nhiên liệu tăng (tiên).

Khi nhu cầu giảm, bộ chọn tín hiệu thấp sẽ cho tín hiệu làm
điểm đặt bộ điều khiển lưu lượng nhiên liệu.
Khối hàm lựa chọn tín hiệu cao sẽ lấy tín hiệu lưu lượng
nhiên liệu làm giá trị đặt cho bộ điều khiển lưu lượng gió.
Điều này có nghĩa là lưu lượng gió không thể giảm cho đến
khi lưu lượng nhiên liệu bắt đầu giảm. Vì thế, gió giảm trễ
hơn nhiên liệu giảm (trễ). Điều này có nghĩa là tình huống
thừa nhiên liệu đã được tránh, bất chấp hướng thay đổi của
tải.
Những sơ đồ trên chỉ là ví dụ minh họa cho các khối chức
năng nào có thể được sử dụng cho điều khiển tỉ lệ nhiên liệu -
gió và không bao gồm tất cả chi tiết cho dự án của bạn, vì
thế, bạn nên liên lạc với kỹ sư tự động/chuyên gia để được
hướng dẫn chi tiết hơn.

Hình 2: giải pháp điều khiển tỉ lệ nhiên liệu – gió được
thực hiện bằng phần mềm cấu hình Hybrid Control
Designer cho bộ điều khiển HC900
Tiết Giảm O2. Tự động tiết giảm O2 theo tỉ lệ nhiên liệu-
gió được sử dụng để giảm lượng thừa không khí dẩn đến thừa
lượng O2 cần cho quá trình đốt. Quá nhiều không khí là
nguyên nhân thất thoát năng lượng ra ống khói. Thiếu không
khí là nguyên nhân mất nhiệt lượng tạo ra và tăng ô nhiễm do
quá trình đốt không hoàn toàn nhiên liệu. Một lượng không
khí thừa cho phép nhằm đảm bảo quá trình đốt hoàn toàn
nhiên liệu diễn ra trong buồng đốt và để bù lại độ trễ của quá
trình hoạt động điều khiển tỉ lệ nhiên liệu và gió trong suốt
quá trình tải thay đổi. Ngoài ra, để cải thiện hiệu suất, giảm
lượng không khí thừa giúp giảm ăn mòn và ô nhiễm không
khí do giảm thiểu việc hình thành các khí không mong muốn.

HC900 Honeywell hỗ trợ tất cả các chức năng điều khiển cần
cho điều khiển mức nước bao hơi, điều khiển tỉ lệ nhiên liệu-
gió và tiết giảm O2. Ngoài ra, còn hỗ trợ những lợi ích sau
khi được sử dụng trong ứng dụng điều khiển lò hơi:
l Tích hợp điều khiển và giao diện vận hành để đơn giản hóa
xử lý sự cố.
l Có khả năng vẽ đồ thị thời gian và ghi dữ liệu quá trình cho
việc báo cáo cơ quan điều hành
l Một công cụ cấu hình chung cho tất cả các điều khiển và IO
nhằm giảm thiểu chi phí lắp đặt cân chỉnh.
l Tự động tinh chỉnh và chống vột lố bằng logic mờ cho khởi
động nhanh chống và hoạt động điều khiển thích hợp.

Hình 3: cho thấy giảm lượng O2 thừa từ 4.75% to
3.63% sẽ tăng năng suất lò hơi từ 78.81% to
79.86%
Các Lợi ích từ việc tiết kiệm chi phí nhiên liệu và nhu cầu
EPA về khí thải
Ngày nay, nhu cầu về năng lượng đang tăng vọt, và hơi cũng
trở nên quan trọng trong đa số các lĩnh vực công nghiệp như
năng lượng, công nghiệp chế biến, gia nhiệt sấy… tầm quan
trọng được đặt lên hàng đầu là năng suất của lò hơi cho việc
sinh hơi. Với kích thước sinh lò hơi liên tục tăng, thậm chí
đạt được hiệu quả khiêm tốn cũng có ý nghĩa tiết kiệm đáng
kể. Khoảng 75-80% của chi phí vận hành lò hơi là nhiên liệu,
vì thế HC900 với những khối hàm chức năng chuyên biệt và
bộ điều khiển công suất đóng vai trò chủ đạo trong tiết kiệm
chi phí nhiên liệu và tăng lượng hơi tạo ra.
EPA Hoa Kỳ đã đặt nhiều quy định khí thải cho các chất gây
ô nhiễm không khí nguy hiểm từ công nghiệp, thương mại và

cơ quan lò hơi. Những quy định thúc đẩy sức khỏe cộng đồng
và chất lượng khí bằng cách giảm khí thải có trong danh sách
các khí gây ô nhiễm môi trường ở phần 112(b)(1) của hoạt
động khí sạch. Một hệ thống điều khiển tốt phải kiểm soát
được các rủi ro nhỏ nhất có thể xảy ra trong quá trình hoạt
động và vô cùng quan trọng để mua một bộ điều khiển quá
trình giám sát mức O2 theo hệ số nhiên liệu-gió nhằm giảm
lượng khí thừa và giảm thiểu mất nhiệt và ô nhiểm do quá
trình đốt không hoàn toàn.

Thực hiện
Tổng quan: HC900 Hybrid Controller bao gồm bộ điều khiển
được kết nối với giao diện vận hành chuyên dụng (OI-
Operator Interface). Tất cả các tín hiệu trường được đấu vào
bộ điều khiển. Bộ điều khiển có ngõ vào tương tự (analog) đa
dụng, và các ngõ ra tương tự và đa dạng các ngõ vào ra số
(digital). Bộ điều khiển này hổ trợ tất cả chức năng điều
khiển lò hơi. Các chức năng liên quan đến lò hơi được hỗ trợ
thông qua các khối hàm chức năng trong phần mềm HCD
(Hybrid Control designer), phần mềm dùng để cấu hình cho
bộ điều khiển HC900.
Cấu Hình: Hybrid Control Designer là phần mềm cấu hình
hỗ trợ các kỹ thuật cấu hình chuyên dụng cho phép tùy biến
các lệnh cho dễ thực thi. Giám sát cấu hình và khả năng
chỉnh sửa ở chế độ Run cho phép các câu lệnh được kiểm tra
và tinh chỉnh lại cho phù hợp với nhận biết quá trình thu
được. Có rất nhiều đặc tính khác như giám sát trực tuyến thao
tác hiệu chỉnh lỗi và cài đặt, và khả năng dự phòng của các
ngõ vào và chuẩn đoán tình trạng bộ điều khiển cũng như
Mạng truyền thông. Tất cả những tính năng này làm nên bộ

điều khiển vô cùng mạnh.
Vận hành: Tất cả mọi hoạt động được giám sát và điều
khiển từ giao diện màn hình tiện dụng 900CS (900 Control
Station). Giao diện 900 CS có thể được cấu hình bằng phần
mềm cấu hình trạm (Station Designer Software). Giao diện
900 CS có cả các đồ họa chuẩn hay tùy biến thuần lợi cho tạo
một hình ảnh mới với cấu hình một cách dễ dàng. Giao diện
900 CS cũng được dùng để vẽ đồ thị và ghi dữ liệu, danh
sách báo động (alarm) các sự kiện (even), thông báo thư điện
tử, lựa chọn công thức
và nhiều hơn nữa.
900 Control Station –
Trạm Điều Khiển 900
Lưu trữ dữ liệu: tính
năng lưu trữ dữ liệu của
900CS có thể được sử dụng để ghi thông tin trong suốt quá
trình vận hành vào thẻ nhớ CF card lắp ở khe card mở rộng
được bảo vệ truy cập phía sau bảng điều khiển, cho phép tăng
khả năng ghi dữ liệu quá khứ, các card dữ liệu tùy chọn cũng
sẽ giúp việc in màn hình, truy cập web vào dữ liệu, truyền
FTP, và hỗ trợ tùy biến trang web.
Experion HS và HC900

Experion HS là phần mềm nền mạnh, nó kết hợp một cách
sáng tạo giữa các ứng dụng giao diện người máy HMI và
điều khiển giám sát và thu thập dự liệu (SCADA). Nó là một
bộ thành phần Honeywell’s Experion PKS và được đóng gói
đặc biệt cho các dự án hệ thống tự động vừa và nhỏ.